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“LABORATORIO N°02 - MÉTODO DE DENSIDAD DE CAMPO Y CONO DE ARENA”

INTEGRANTES: BERRIOS CARRANZA JHAEL JHAMIR CASTRO OLIVA CHRISTIAN SANTIAGO COLUNCHE ALVARADO YAIR DAMIÁN GARCÍA, YEIRY YASMIN. ESPINOZA DÁVILA, ANA MARÍA FIORELLA. MAXE LLEMPEN, NIKOLE KHORKINA.

DOCENTE: MSC. ING. EITHEL MEDRANO LIZARZABURU CURSO: MECANICA DE SUELOS II

CICLO: VII

PIMENTEL - PERÚ 2020

ÍNDICE INTRODUCCIÓN...........................................................................................................................3 MARCO TEÓRICO .......................................................................................................................4 NORMATIVA .............................................................................................................................4 DENSIDAD DE CAMPO ...........................................................................................................4 MÉTODO DE CONO Y ARENA ..............................................................................................4 LA ARENA DE OTTAWA.....................................................................................................5 SIGNIFICADO Y USO .............................................................................................................6 PROCESO DE LABORATORIO ..............................................................................................6 MATERIALES ........................................................................................................................6 PROCEDIMIENTO DE CONO DE ARENA ......................................................................... 12 RESULTADOS DE DENSIDAD DE CAMPO ....................................................................... 13 GENERALIDADES: ............................................................................................................. 13 ENERGÍA DE COMPACTACIÓN DEL PRÓCTOR MODIFICADO ............................ 13 ENERGÍA DE COMPACTACIÓN DE LA CAJA:............................................................ 13 CANTIDADES DE MATERIAL Y AGUA A UTILIZAR: ............................................... 13 DATOS ADICIONALES PARA COMPLETAR TABLA ................................................. 15 UTILIZANDO EL MOLDE DE PROCTOR MODIFICADO DETERMINAMOS PESO ESPECIFO DE LA ARENA CONFITILLO ............................................................................ 15 CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 16 RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 16 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................................... 17

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INTRODUCCIÓN El ensayo de densidad de campo que veremos en este informe sirve para ver la resistencia del suelo a un grado de compactación, por ejemplo, en una subrasante mínimo se debe tener un 95%, en una zona donde se ha colocado un afirmado, por ejemplo una carretera, debe dar el 100%, antes de colocar el asfalto, se debe sacar la densidad del campo, pero la densidad del campo no trabaja sola, necesita un dato, la densidad en laboratorio que se da por el Proctor modificado. Este ensayo se usa también para obras hidráulicas o edificaciones, por ejemplo un tanque elevado, se puede sacar la densidad de cualquier suelo. Además en este informe se observará el método del cono de arena, que fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros de U.S.A. y acogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O., y adoptada por la Norma Peruana del M.T.C. E117. Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de los proyectos, esta verificación se logra con el cono de arena o por el densímetro nuclear, este último es cancerígeno, por eso se recomienda no usarlo con frecuencia. El cono convencional utilizado en este ensayo es un aparato medidor de volumen, provisto de una válvula cilíndrica de 12,5 mm de abertura, que controla el llenado de un cono de 6” de diámetro y 60º de ángulo basal. Un extremo termina en forma de embudo y su otro extremo se ajusta a la boca de un recipiente. La arena de Otawa puede ser una arena de ripio, una cantera, mina o rio, es una arena tratada, que permita fluir dentro del cono, está pasada por los tamices 10 y 20, retenida en la 30, se lava y se seca al aire libre. El aparato debe llevar una placa base para facilitar la ubicación del cono de densidad, permite reducir pérdidas al transferir el suelo desde la perforación al envase y proporciona una base más sólida en suelos blandos. 3

MARCO TEÓRICO NORMATIVA -

NTP 339.143 (Método de ensayos estándar para la densidad y peso unitario del suelo in situ mediante el método del cono de arena)

-

MTC E117 (Densidad en el sitio- Método del cono)

-

ASTM D1556 (Standard test Method for Density and Unt Weight of Soil in Place by the Sand-Cone Method)

-

ASSHTO T191 (Density In-Place By The Sand Cone Method)

-

NTP 339.127:1998 SUELOS. Métodos de ensayo para determinar el contenido de humedad de un suelo.

DENSIDAD DE CAMPO La densidad de campo se realiza con el propósito de determinar las densidades húmeda y seca y, el contenido de humedad del suelo compactado, para luego ser comparado con densidad máxima del laboratorio con el propósito de determinar el grado de compactación. (Densidad de campo, 2017) MÉTODO DE CONO Y ARENA El aparato del cono de arena consiste de un frasco de plástico o vidrio con un cono de metal unido a su parte superior. Placa base para su uso esto puede hacer más difícil la nivelación pero permite en el ensayo abrir agujeros de diámetro mayores y puede reducir la perdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente.

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La arena de Ottawa, es una arena limpia, seca, uniforme, no cementada, durable y que fluya libremente. Además deberá tiene un coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contiene partículas que queden retenidas en el tamiz de 2mm (N°20). Es una arena uniforme de forma redondeada a sub−redondeada (favorece que fluya libremente) y desprovista de partículas o arena fina (menores a 0,250 mm. tamiz N°60), para prevenir segregación en almacenamiento o uso, y cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica. Figura 1.Materiales para el método

Este ensayo nos sirve para determinar la densidad del suelo con una forma indirecta de obtener el volumen del agujero en el campo utilizando arena estandarizada compuesta por unas partículas cuarzosas no cementadas con una granulometría redondeada, la cual está comprendida entre las mallas No. 10 ASTM (2.0 mm) y la malla No. 35 ASTM (0.5 mm) de las cuales se mencionan más adelante en el procedimiento. (Cómo realizar ensayo densidad en el sitio con el cono de arena, 2015) γ humeda =

Peso del suelo humedo Volumen del hueco

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Básicamente el método consiste en determinar el peso del suelo húmedo de una pequeña excavación de forma irregular (hueco) hecho sobre la superficie del suelo. Se determina el volumen de dicho hueco y la densidad húmeda del suelo en el sitio (densidad in situ) ó peso volumétrico húmedo del campo. Se calcula simplemente como: El método del cono de arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero. La arena utilizada (a menudo arena de Otawa) es generalmente material que pasa el tamiz No. 20 y esta se encuentra retenida por el tamiz No. 30. Aunque el material menor que el tamiz No. 30 y mayor que el tamiz No. 40 o el material menor que el tamiz No. 30 y mayor que el tamiz No. 50 puede también utilizarse, generalmente es deseable tener una arena uniforme o “de un solo tamaño” para evitar problemas de segregación (un volumen de arena fina puede pesar más que un volumen de arena gruesa, pero un volumen de la mezcla puede pesar aún mas) de forma que en las mismas condiciones de vaciado puedan lograrse la misma estructura del suelo y duplicación requerida. SIGNIFICADO Y USO Este método es muy difundido para determinar la densidad de suelos compactados utilizados en la construcción de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y estructuras de relleno. Es comúnmente utilizado como base de aceptación para suelos compactados a una densidad específica o a un porcentaje de densidad máxima determinada por un método de ensayo normado. PROCESO DE LABORATORIO MATERIALES  Molde de Proctor: Molde cilíndrico de paredes sólidas, fabricados con metal, para calcular la densidad de la arena. 6

Figura 2.Molde de Compactación

 Pistón o martillo y su guía de 45 cm, de caída y 4054 kg de peso. Figura 3.Pistón

 Una regla metálica Figura 4.Regla metálica

 Probeta

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Figura 5.Probeta

 Una balanza Figura 6.Balanzas utilizadas

 Horno que mantenga una temperatura constante entre 100-110° C

Figura 7.Horno

 Charola o recipientes metálicos 8

Figura 8.Bandeja

 Hidrocarburo de Calcio; El carburo de calcio es una sustancia sólida de color grisáceo

que

reacciona exotérmicamente con

el

agua

para

dar cal

apagada (hidróxido de calcio) y acetileno.

Figura 9.Hidrocarburo de Calcio

 Speedy: Medidor de humedad para suelos, arenas, polvos, áridos, hormigón, carbón y yeso. El Speedy es un instrumento universalmente utilizado para la medición del contenido de humedad en diversidad de industrias y en materiales como soleras, hormigón, arena o cemento. Este equipo es muy utilizado en sectores como la ingeniería civil y geotécnica, proyectos de restauración y empresas de inspección. 9

Otros sectores que utilizan este equipo son la minería, la fabricación de acero, las fundiciones y la industria cerámica. (S.A., s.f.)

Figura 10.Speedy

 Caja Metálica: Figura 11.Caja Metálica

 Placa metálica Figura 12.Placa metálica

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 Arena de Otawa e implemento Figura 13.Arena de Otawa

 Comba

 Cincel:

Figura 14.Comba

Figura 15.Cincel

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PROCEDIMIENTO DE CONO DE ARENA 

Colocar la placa base de 6” de diámetro en el suelo.



Luego se debe iniciar la excavación con el cincel dentro del círculo de la plantilla de la placa alcanzar un aproximado de 15cm de profundidad sobre el círculo de la plantilla



Luego colocar todo el material extraído en una tara.



El material extraído debe pesarse en una balanza.



Una vez que se ha sacado la muestra de suelo, debe colocarse la arena calibrada de Ottawa que llevamos en el contendor sobre el agujero realizado.



Cuando se ha vertido la arena, debemos volver a pesar el contenedor para poder saber el peso de la arena en el orificio, y así poder determinar el volumen retirado del material en el suelo.



Después recoger la arena calibrada para ensayos futuros, sin tomar la contaminada por el suelo.



Después se extrae un poco de suelo del hoyo para analizarlo con el Speedy y así hallar el contenido de humedad.



Para analizarlo con el Speedy agregaremos a la muestra que extrajimos del suelo el hidrocarburo de calcio para luego moverlos y con ayuda del manómetro saber la presión.

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RESULTADOS DE DENSIDAD DE CAMPO Generalidades: Volumen de caja: 19.8cm x 19.7 cmx22cm 𝑉 = 8581.32𝑐𝑚3 𝐸𝑐𝑜𝑚𝑝. 𝑐𝑎𝑗𝑎 = 𝐸𝑐𝑜𝑚𝑝. 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜 𝐸𝐶 =

𝑁𝑛𝑊ℎ 𝑉

Donde: 𝑁 = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑛 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑠 𝑊 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑠ó𝑛 ℎ = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑖𝑑𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑠ó𝑛 𝑉 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑑𝑜 Energía de compactación del Próctor modificado: 56(5)(4.5 ∗ 9.81)(0.4572) 𝑁 2067.56 ∗ 10−6 𝑚3

𝐸𝑐 =

𝐸𝑐 = 2733.30 𝐾𝑁 ∗ 𝑚/𝑚3 Energía de compactación de la caja: 𝐸𝑐 =

𝑁(5)(4.5 ∗ 9.81 ∗ 10−3 )(0.4572) 𝑁 8581032 ∗ 10−6 𝑚3 𝑁 = 233 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒𝑠

Cantidades de material y agua a utilizar: Próctor  2067.56cm35200gr Caja

 8581.32cm3  X

X=21.60 Kg 13

Por capa=4.32 Kg Cantidad de agua por capa: 4.32kg*0.1703*1000gr=735gr

Curva de Compactacion 1.90

1.80

1.70

1.60

1.50

1.40

1.30

1.20 5.00

7.00

9.00

11.00

13.00

15.00

14

17.00

19.00

21.00

23.00

25.00

DATOS ADICIONALES PARA COMPLETAR TABLA UTILIZANDO EL MOLDE DE PROCTOR MODIFICADO DETERMINAMOS PESO ESPECIFO DE LA ARENA CONFITILLO Tabla 1.Cálculo del Peso específico seco

PESO DE ARENA + MOLDE (gr)

9291,31

PESO DE MOLDE (gr)

6444

PESO DE LA ARENA (gr)

2847,31

VOLUMEN DEL MOLDE (cm3)

2109,12

PESO ESPECIFICO DE ARENA (gr/cm3)

1,35

CONTENIDO DE HUMEDAD SPEEDY % LECTURA DEL HORNO %

29 15,6

1. PESO DE RECIPIENTE + CONO + ARENA ( ANTES ) (gr)

7174,34

2.PESO DE RECIPIENTE + CONO + ARENA ( DESPUÉS ) (gr)

3417,22

3. MUESTRA EXTRAÍDA (gr)

3108,51

4. PESO DE ARENA, EN CONO Y EN EL HOYO (gr)

3757,12

5. PESO DE ARENA EN EL CONO (gr)

1552,12

6. PESO DE ARENA EN EL HOYO (gr)

2205

7. PESO ESPECIFICO DE ARENA (gr/cm3)

1,35

8. VOLUMEN DEL HOYO (cm3)

1633,33

9. DENSIDAD HUMEDA DE LA MUESTRA EXTRAIDA (gr/cm3)

1,9

10. CONTENIDO DE HUMEDAD %

15,6

11. PESO ESPECIFICO SECO (gr/cm3)

1,65

12. Máxima Densidad determinada en la Curva

1,69 97.63%

13. % Compactación

Tec. Responsable Mario Casillas 19/06/2020 15

CONCLUSIONES 

La determinación de la densidad de un suelo in situ es necesaria para saber el estado de la compactación del suelo por capas, las cuales deben tener un valor adecuado dado por las especificaciones técnicas de un proyecto, de esta forma se puede realizar un trabajo de mejor forma.



El ensayo método del cono de arena fue bien realizado de acuerdo al procedimiento a seguir para éste, ya que los resultados arrojados no se alejan de la realidad.



El peso específico seco nos arrojó 1.65 gr/cm3 y un contenido de humedad de 15.6%



Obtuvimos un grado de compactación de 97.63%

RECOMENDACIONES 

Se recomienda llevar orden a la hora de apuntar los datos porque cualquier error puede variar grandemente los resultados.



Poseer el equipo adecuado para la experiencia; como tener la balanza bien equilibrada, la arena indicada, el galón y todo lo necesario para el laboratorio



Al ir al campo lo mejor es escoger un buen lugar para la realización del experimento; sin relieve ni tantas rocas,



Reciclar la arena para evitar el desperdicio de la misma es muy importante en este laboratorio.



No golpear la placa metálica al realizar la parte en campo, hay que tener mucho cuidado.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Cómo realizar ensayo densidad en el sitio con el cono de arena. (2015). Obtenido de Ingeniería real:

https://ingenieriareal.com/como-realizar-ensayo-densidad-en-el-sitio-con-el-

cono-de-arena/ Densidad de campo. (2017). Obtenido de Laboratorio de mecánica de suelos: https://mecanicadesuelosulacivil.files.wordpress.com/2016/02/practica-nc2ba-8densidad-de-campo.pdf S.A.,

N.

(s.f.).

Higrómero

Speedy.

Obtenido

https://www.neurtek.com/descargas/pro_speedy_es.pdf

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de

Neurtek

Instruments: